高考化學(xué)計(jì)算核心能力的培養(yǎng)

趙永剛

(安徽省宿城第一中學(xué))

化學(xué)計(jì)算不是化學(xué)知識(shí)和數(shù)學(xué)計(jì)算的簡(jiǎn)單拼湊,它以數(shù)學(xué)計(jì)算思維為載體,將化學(xué)原理貫穿其間.縱觀各地高考試卷,更多側(cè)重于實(shí)際問(wèn)題的解決,明確回答了“為什么考”的問(wèn)題,即“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”.圍繞著“一核四層四翼”的高考評(píng)價(jià)體系,筆者對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)計(jì)算能力進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述.

1 關(guān)于阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算

例1(2021年全國(guó)甲卷)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值.下列敘述正確的是( ).

A.18g重水(D2O)中含有的質(zhì)子數(shù)為10NA

B.3mol的NO2與H2O 完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為4NA

C.32g環(huán)狀S8()分子中含有的S—S鍵數(shù)為1NA

D.1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中離子數(shù)為0.1NA

分析此題涉及原子結(jié)構(gòu)、電子轉(zhuǎn)移、化學(xué)鍵、離子數(shù)目等微觀粒子的計(jì)算.選項(xiàng)A,學(xué)生要了解同位素及質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)量數(shù)的關(guān)系等相關(guān)知識(shí).選項(xiàng)B涉及化學(xué)方程式的書寫,應(yīng)具備NO2轉(zhuǎn)化為HNO3和NO 的符號(hào)表征能力,要了解微觀看不見的電子與宏觀可分析的化合價(jià)之間的推算.選項(xiàng)C 考查陌生物質(zhì)共用電子對(duì)的知識(shí),可以從水分子或者過(guò)氧化氫中O—O 單鍵遷移到S—S單鍵.選項(xiàng)D,學(xué)生應(yīng)掌握變化觀念與平衡思想,認(rèn)識(shí)鹽類水解是有一定限度的,并會(huì)運(yùn)用平衡移動(dòng)原理解決實(shí)際問(wèn)題,即K2Cr2O7在水溶液中發(fā)生水解,其離子濃度相應(yīng)減小.答案為C.

有關(guān)阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算突出了高考考查的基礎(chǔ)性、綜合性.解決這類問(wèn)題,學(xué)生必須要打好基礎(chǔ),要學(xué)會(huì)從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性,并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類;能從元素和原子、分子角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化,形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念,找到宏觀和微觀的橋梁,結(jié)合相應(yīng)的視角去分析與解決實(shí)際問(wèn)題.

2 物質(zhì)轉(zhuǎn)化的有關(guān)計(jì)算

例2(2022年1月浙江卷)某同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定Al(NO3)3·xH2O 的結(jié)晶水?dāng)?shù)目.稱取樣品7.50g,經(jīng)熱分解測(cè)得氣體產(chǎn)物中有NO2、O2、HNO3、H2O,其中H2O 的質(zhì)量為3.06 g;殘留的固體產(chǎn)物是Al2O3,質(zhì)量為1.02g.計(jì)算:

(1)x＝________(寫出計(jì)算過(guò)程).

(2)氣體產(chǎn)物中n(O2)＝________mol.

分析此題的解題思路是利用物質(zhì)的變化與守恒思想列出方程式,并代入數(shù)據(jù)即可求解.

由題意可知反應(yīng)方程式為

列出關(guān)系式即可求出答案.

答案(1)9.(2)0.0100.

這類試題屬于常規(guī)題,沒(méi)有太多的計(jì)算技巧,物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系也不太難,考查基礎(chǔ)知識(shí).在過(guò)去的十幾年里,絕大部分地區(qū)均采用了理科綜合的考試模式,往往計(jì)算過(guò)程被省略了,給人感覺是只重結(jié)果,不重過(guò)程.隨著新課程改革的推進(jìn),單科的考查又重新把計(jì)算過(guò)程的推演搬回考題中,這也是對(duì)計(jì)算過(guò)程思路的基礎(chǔ)性、重要性的肯定.

3 有關(guān)滴定的計(jì)算

例3(2021 年湖南卷,節(jié)選)步驟Ⅱ.產(chǎn)品中NaHCO3含量測(cè)定.

①稱取產(chǎn)品2.500g,用蒸餾水溶解,定容于250mL容量瓶中;

②移取25.00mL 上述溶液于錐形瓶,加入2滴指示劑M,用0.1000mol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,溶液由紅色變至近無(wú)色(第一滴定終點(diǎn)),消耗鹽酸V1mL;

③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續(xù)用0.1000mol·L－1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)(第二滴定終點(diǎn)),又消耗鹽酸V2mL;

④平行測(cè)定3次,V1平均值為22.45,V2平均值為23.51.

……

(3)指示劑N 為_________,描述第二滴定終點(diǎn)前后顏色變化_________.

(4)產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________(保留3位有效數(shù)字).

(5)第一滴定終點(diǎn)時(shí),某同學(xué)俯視讀數(shù),其他操作均正確,則NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算結(jié)果_________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”).

分析此題要求學(xué)生掌握的必備知識(shí)有:根據(jù)反應(yīng)原理選擇正確的指示劑,鹽類的水解知識(shí)、多步反應(yīng)的計(jì)算,誤差分析等知識(shí).該滴定的過(guò)程為Na2CO3→NaHCO3→NaCl＋CO2.指示劑的選擇要依據(jù)溶液的酸堿性,滴定過(guò)程隨鹽酸的滴入,對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物及pH 可用數(shù)軸表示,如圖1所示.

圖1

根據(jù)指示劑變色點(diǎn),M 為酚酞,N 為甲基橙,故

最后誤差分析作圖即可分析出第一數(shù)據(jù)偏小,則2次滴定之差偏大,結(jié)果亦偏大.

答案(3)甲基橙;由黃色變橙色,且半分鐘內(nèi)不褪色.(4)3.56%.(5)偏大.

在新課標(biāo)教材中,滲透了許多從事與化學(xué)有關(guān)的職業(yè)內(nèi)容.因此,學(xué)生既要掌握紙面的計(jì)算、理論的分析,還要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力,真正掌握有關(guān)知識(shí)及基本技能.

4 反應(yīng)熱焓變、混亂度熵變的比較與計(jì)算

例4(2022年1月浙江卷,節(jié)選)在C和O2的反應(yīng)體系中:

反應(yīng)1:C(s)＋O2(g)＝CO2(g) ΔH1＝－394 kJ·mol－1.

反應(yīng)2:2CO(g)＋O2(g)＝2CO2(g)ΔH2＝－566kJ·mol－1.

反應(yīng)3:2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) ΔH3.

設(shè)y＝ΔH－TΔS……圖2中對(duì)應(yīng)于反應(yīng)3的線條是________.

圖2

分析該題考查蓋斯定律的應(yīng)用以及吉布斯自由能的判斷.首先需要對(duì)ΔH3進(jìn)行求算.由反應(yīng)1的2倍減去反應(yīng)2可得反應(yīng)3,即ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝－222kJ·mol－1.由于該反應(yīng)是氣體增加的反應(yīng),ΔS＞0,隨著溫度的升高,y減小.

答案a.

該題難度不大,但考查全面,體現(xiàn)了高考評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)性.在往年的高考試題中,對(duì)于ΔS的考查比較少,讓很多教師和學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺,這個(gè)知識(shí)點(diǎn)課本上有但考試不考,可能是無(wú)用的知識(shí).然而,這道試題給了我們一個(gè)明確的信號(hào),對(duì)我們今后的教學(xué)和學(xué)習(xí)起了一個(gè)明確的指導(dǎo)作用.

課程改革是一件永遠(yuǎn)不會(huì)停止的事情,社會(huì)在變化,我們面對(duì)的學(xué)生也在變化,但唯一不變的是,以學(xué)生為本的教學(xué)理念.如何提高學(xué)生的化學(xué)計(jì)算核心能力是我們一直都在思考的問(wèn)題,這包含了很多方面,比如計(jì)算方法,學(xué)生需要靈活掌握科學(xué)的化學(xué)思維和計(jì)算思維,比如守恒法、差量法、控制變量法等;比如信息處理能力,學(xué)生在閱讀題目的過(guò)程中,特別是題目較長(zhǎng)、條件較多時(shí),更要清晰了解化學(xué)情境,精準(zhǔn)抓住題設(shè)條件,找到解題的切入口;再比如意志力,很多學(xué)生在考試中常常放棄計(jì)算題,最大一個(gè)問(wèn)題就在于平時(shí)練習(xí)中,習(xí)慣性依賴教師給出解題方法,而不是獨(dú)立思考,努力解決問(wèn)題,久而久之,在考試中就習(xí)慣性地回避計(jì)算題,但要拿到高分,平時(shí)教學(xué)中提高學(xué)生的計(jì)算能力是非常必要的.

(完)